工艺学复习总结分析解析.doc
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1、流程框图一、烃类蒸汽转化催化剂烃类蒸汽转化都是在1000下反应,其反应速度也很慢,需加催化剂。 活性组分:1025(重量)Ni 载体:-Al2O3,MgO-Al2O3,ZrO2-Al2O, CaO-Al2O3 活化:原因,镍的氧化物无活性 目的,还原氧化物、脱除微量毒物 中毒:硫和铅等。 对催化剂的要求:高活性;高强度;较好的热稳定性 和抗析碳能力 1、催化剂的活性组分、助催化剂和载体 活性组分:从性能和经济方面考虑,活性组分,镍为最佳。 NiO为最主要活性成份。实际加速反应的活性成份是Ni, 助催化剂:提高镍的活性、延长寿命和增加抗析碳能力。 镍催化剂的载体:使镍高度分散、晶料变细、抗老化和
2、抗析碳等作用。 催化剂中毒 (1)S S 0.5ppm,可逆性中毒 催化剂活性越高,允许S含量越低。 温度越低,S对镍催化剂毒害越大。 (2) As 永久性中毒 As来源:含As碱液脱碳 (3)卤素 卤素 0.5ppm,永久性中毒二、合成气催化剂u 铁系催化剂 u 未还原前FeO+Fe2O3,可视为Fe3O4,尖晶石结构。 u Al2O3: 结构型促进剂,改善还原态铁的结构 u MgO K2O :电子型促进剂,有利于氮气的吸附和活化 u CaO 二、催化剂的还原与活性保持u (1)还原 u 反应的活性组成是金属铁,所以使用前要将催化剂还原。通常用氢气作还原剂: u Fe3O4(s) + 4H2
3、(g) = 3Fe(s) + 4H2O kJ/kmol u 确定还原条件的原则:使完全还原为a-Fe。保持还原铁晶粒具有大的表面积、大的活性中心。 u 还原温度一般选500-520,根据反应式可确定H2/H2O之比要尽可能高三、乙苯催化脱氢催化剂的选用n 乙苯在高温下脱氢时,主要产物是苯!n 脱氢反应是在高温、有氢和大量水蒸气存在下进行的 n 脱氢催化剂的活性组分是氧化铁,助催化剂有钾、钒、钼、钨、铬等氧化物 Fe2O3:K2O: Cr2O3=87:10:3组成的催化剂乙苯的转化率可达60%,选择性为87%催化剂种类 Cr2O3/Al2O3 烷烃 烯 不能有水(侵占活性中心) 减压操作 失活快
4、(易结焦),用含O2的烟道气再生。 氧化铁系催化剂 H2O:稀释剂,氧化剂 助剂: Cr2O3 热稳定性 K2O 降低酸度,防结焦 氧化铁系催化剂: n (1)助催化剂 Cr2O3 - 提高热稳定性 K2O - 改变催化剂表面酸度,防止结 焦,催化水煤气反应,促进催化剂的自再生能力 n (2)小粒径,低比表面,异型,大空隙率,减少内扩散阻力,可提高选择性 n (3)催化剂及催化剂再生的优化配置 a. 第一段:高选择性催化剂,然后高活性催化剂 b. 水蒸汽管插入不同位置,轮流开启活化 催化剂颗粒度对反应的影响n 脱氢反应的选择性随粒度的增加而降低 n 解释为主反应受内扩散影响比较严重,而副反应受
5、内扩散影响较小的缘故 n 工业上常采用较小的颗粒度催化剂,以减少催化剂的内扩散阻力同时还可将催化剂进行高温焙烧改性,以减少催化剂的微孔结构 四、二氧化硫氧化用催化剂铂 活性高;价贵,易中毒。氧化铁 价廉;640才有活性。钒催化剂 活性高,价中,稳定性好。 主催化剂 V2O5 助催化剂 K2O,Na2O 载体 SiO2n 钒催化剂的主要毒物是砷、硒、氟和酸雾。 1. 砷的毒害主要体现在两个方面:一是钒催化剂能吸附As2O3,堵塞催化剂活性表面;二是在 500以上高温V2O5能与As2O3生成V2O5As2O5 ,这是一种易挥发物质,从而造成钒的损失。 2. 硒在温度较低时对钒催化剂有毒害,但加热
6、后(400-500)可以复原。 3. HF能与二氧化硅生成SiF4,破坏载体,使催化剂粉碎。F还能与V反应生成VF5, 其沸点低(112.2 ),也要造成钒的损失。 4. 酸雾腐蚀钢设备,腐蚀的粉尘落在催化剂表面上使其活性降低。同时积累的Fe2SO4可能使催化剂结块。 反应器37、乙苯催化脱氢合成苯乙烯工艺中脱氢部分用哪两种类型的反应器,各有什么优缺点。答:分为:(1)等温反应器和 (2)绝热反应器。等温反应器优点是出口温度高于进口,对动力学、热力学有利:采用等温反应器 脱氢,乙苯转化率选择性都好,另外水仅作为稀释,用量为绝热的1/2,缺点是结构复杂,成本高;绝热反应器优点是简单,生产能力大,
7、成本低。缺点:出口温度低于进口影响转化率,因此绝热反应器脱氢,不仅转化率较低,选择性也较低。27、气固相催化氧化反应常用的反应器有哪些两种类型,如何及时移走反应热?答:烃类气固相催化氧化反应器常用的有固定床反应器、流化床反应器。 对于固定床反应器,常见的为列管式换热反应器。催化剂装填在管内,管间载热体循环以移出热量;流化床反应器床层内设置U形垂直冷却管,内走载热体将反应热带出。28、烃类气固相催化氧化反应常用的流化床反应器,为什么设U形垂直管?答:烃类气固相催化氧化反应器常用的流化床反应器。设置U形垂直冷却管,不仅移走了反应热,维持适宜的反应温度,而且还起到破碎流化床内气泡,改善流化质量的作用
8、。25、氧气法生产环氧乙烷和一氧化碳变换过程都属于放热反应,采用什么类型的反应器?它们如何移走热量的?答:氧气法生产环氧乙烷采用列管式反应器,移热是通过管间通加压热水产生蒸汽带走热量;一氧化碳变换采用多段绝热反应器,移热方式:中间间接冷却式,原料气冷激式,水冷激式。28、烃类气固相催化氧化反应常用的流化床反应器,为什么设U形垂直管?答:烃类气固相催化氧化反应器常用的流化床反应器。设置U形垂直冷却管,不仅移走了反应热,维持适宜的反应温度,而且还起到破碎流化床内气泡,改善流化质量的作用。反应原理净化分离20、裂解气中主要有哪些杂质?为何脱除?如何脱除?答:裂解气中的杂质主要有酸性气体、水、炔等酸性
9、气体主要是CO2,H2S和其他气态硫化物。 其危害有:(1)乙烯、丙烯纯度降低;(2)H2S:腐蚀设备管道;分子筛寿命降低;使加氢脱炔用催化剂中毒;(3)CO2:低温下结成干冰堵塞设备管道;在生产聚乙烯等时酸性气体积累造成聚合速度降低、聚乙烯的分子量降低。 脱除方法:化学吸收法 水:危害:低温下,水冻结成冰,而且与轻质烃形成白色结晶水合物,如CH46H20、C2H67H20、C3H87H20等。这些固体附着在管壁上,既增加动能消耗,又堵塞管道。脱水方法分子筛吸附法 脱炔危害:炔烃影响乙烯和丙烯衍生物生产过程影响催化剂寿命;恶化产品质量;形成不安全因素;产生不希望的副产品脱除方法:催化加氢脱炔和
10、溶剂吸收法 2、合成气中主要有哪些杂质?有何危害?如何脱除?答:合成气中主要含有硫化物、CO和CO2、少量碳氧化物等杂质 (1)硫化物主要是有机硫和无机硫,催化剂中毒,有机硫的脱除以干法为主,无机硫可以采用干法和湿法;(2)CO变换为CO2,CO2是合成氨催化剂毒物,太高CO2影响甲醇收率CO2可以再利用合成尿素、纯碱、NH4HCO3等;CO2采用吸收法(3)少量碳氧化物的清除,防止CO、CO2、O2和硫化物等对氨合成催化剂的毒害作用液氮洗涤法,铜氨液吸收法, 甲烷化法11、硫铁矿焙烧炉气的主要杂质有哪些危害?怎样清除?通过沸腾炉培烧硫铁矿得到的炉气中,除了含有 SO2和O2是转化工序所需的有
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